Начало >> Статьи >> Архивы >> Медицинские стерилизаторы

Основы автоматизации стерилизационных процессов - Медицинские стерилизаторы

Оглавление
Медицинские стерилизаторы
Введение
Стерилизующие агенты
Объекты медицинской стерилизации
Паровая стерилизация
Воздушная стерилизация
Газовая стерилизация
Классификация медицинских стерилизаторов
Основные понятия, термины и определение медицинских стерилизаторов
Состояние и перспективы развития медицинских стерилизаторов
Состояние и перспективы развития воздушных стерилизаторов
Состояние и перспективу развития газовых стерилизаторов
Состояние и перспективы развития стерилизационной техники для оснащения ЦСО
Номенклатура и основные технические характеристики отечественных медицинских стерилизаторов
Краткая характеристика зарубежных стерилизаторов
Вертикальные круглые стерилизаторы
Горизонтальные круглые стерилизаторы
Стерилизатор ГК-100-3
Воздушные стерилизаторы СС-200М и СС-1
Газовый стерилизатор ГК-100
Паровые прямоугольные стерилизаторы
Воздушные прямоугольные стерилизаторы
Сушильно-стерилизационные шкафы
Газовый стерилизатор ГПД-250
Централизованная стерилизационная установка ЦСУ-1000
Средства упаковки и хранения стерилизуемых объектов
Стерилизационные камеры
Источники пара, горячего воздуха и газа
Питающие вакуумные насосы
Предохранительные клапаны
Приборы управления и контроля
Основы автоматизации стерилизационных процессов
Монтаж и пуск стерилизаторов в лечебно-профилактических учреждениях
Техника безопасности при эксплуатации стерилизаторов
Техническое обслуживание стерилизаторов
Основные неисправности в работе стерилизаторов и   методы их устранения

Одним из основных требований, предъявляемых к современным медицинским стерилизаторам, является автоматизация процесса стерилизации. Внедрение в конструкцию стерилизатора средств автоматики повышает надежность стерилизации медицинских объектов, высвобождает обслуживающий персонал.
Параметры процессов стерилизации
Параметры процессов стерилизации различные. Они зависят от метода стерилизации, заложенного в основу аппарата.
В паровых стерилизаторах, где стерилизующим агентом является водяной пар, основными параметрами процесса стерилизации являются давление пара и время стерилизационной выдержки.
В воздушных стерилизаторах такими параметрами являются температура горячего воздуха и опять же время стерилизационной выдержки.
В газовых стерилизаторах параметрами процесса стерилизации являются концентрация стерилизующего агента (газа), его температура, давление и время стерилизационной выдержки.
Принятые режимы паровой стерилизации были приведены в табл. 1. Параметры процесса паровой стерилизации могут быть обеспечены только при максимально однородной паровой среде в стерилизационной камере. В этом случае существует прямое соответствие между давлением водяного насыщенного пара и его температурой (табл. 20).
Наличие в стерилизационной камере воздуха в процессе стерилизации нарушает указанную в табл. 20 зависимость температуры от давления пара.

 Для сохранения этой зависимости в паровых стерилизаторах предусматривают устройства для удаления воздуха из стерилизационной камеры перед началом стерилизации. Таким образом, от содержания воздуха в камере зависит фактическая температура стерилизации.

Таблица 20
Насыщенный водяной пар


Давление, кПа (кгс/см2)

Температура, °С

абсолютное

избыточное (по манометру)

90 (0,9)

-10 (-0,1)

96,2

100 (1,0)

0,0 (0,0)

99,1

103 (1,03)

0,3 (0,03)

100

123 (1,23)

20 (0,2)

105

180 (1,8)

80 (0,8)

116,3

200 (2,0)

100 (1,0)

119,6

300 (3,0)

200 (2,0)

132,9

400 (4,0)

300 (3,0)

142,9

500 (5,0)

400 (4,0)

151,1

600 (6,0)

500 (5,0)

158,1

700 (7,0)

600 (6,0)

164,2

В паровых стерилизаторах удаление воздуха из камеры осуществляется либо вытеснением паром, поступающим сверху (продувка), либо вакуумированием. Последний способ позволяет измерять разрежение в камере и оценивать фактическое содержание воздуха. Необходимая величина разрежения перед стерилизацией должна быть не менее 85 кПа (0,85 кгс/см2). При этом разрежении наблюдается соответствие давления и температуры в камере.
При паровом методе стерилизации изделий из пористых материалов важное практическое значение имеет удаление влаги из этих изделий (бинты, белье и т. п.) после стерилизации. Для удаления влаги из пористых материалов создают вакуум в стерилизационной камере после этапа стерилизации. Глубина разрежения при этом вакуумировании должна быть не менее —53 кПа (—0,53 кгс/см2).
Сухой горячий воздух как стерилизующий агент менее активен, чем пар. «Пассивность» воздуха компенсируется более высокой его температурой. Исследованиями и медицинской практикой установлено, что сухой горячий воздух должен иметь температуру в пределах 160—180°С, чтобы обеспечить стерилизацию изделий медицинского назначения. Для обеспечения равномерного прогрева объектов в камере, от которого зависит эффект стерилизации, воздух должен иметь интенсивную принудительную циркуляцию.
При газовом методе стерилизации используются газовые смеси, например окись этилена с бромидом метила, формальдегида с паром и т. д. Слабая изученность методов стерилизации с использованием газовых смесей не позволяет пока интенсифицировать процесс стерилизации. В настоящее время поэтому основными параметрами газовой стерилизации (см. табл. 3) приняты концентрация газов, температура и время стерилизационной выдержки, которое доходит до нескольких часов. Последующее «проветривание» объектов с целью удаления остатков поглощенного газа обязательно, хотя оно и занимает длительное время (до нескольких суток).

Основы автоматизации процессов стерилизации

Исключить субъективные факторы из процесса стерилизации и повысить тем самым качество и надежность стерилизации — основной принцип при решении вопроса о степени автоматизации. Последняя зависит от назначения и конкретных условий эксплуатации стерилизатора.
Стерилизатор ВКО-4 выполнен как простейший аппарат с автоматическим поддержанием лишь одного параметра — давления пара в стерилизационной камере. Это позволяет использовать его практически в любых условиях, в том числе и в домашних. В качестве автоматического регулятора в данном стерилизаторе работает простой грузовой клапан, ограничивающий верхнее предельное давление пара. Небольшая емкость, простота устройства и эксплуатации вполне оправдывают столь низкую степень автоматизации.
По мере увеличения пропускной способности стерилизатора (полезного объема) возрастает и степень автоматизации процесса стерилизации.
Стерилизатор ВК-30-1 оснащен целым набором автоматических регуляторов, в совокупности составляющих систему автоматического регулирования процесса стерилизации.

В этом стерилизаторе явно выделяются части общей системы автоматики: парообразователь с системой регулирования его работы; стерилизационная камера со своей системой автоматики. Обе части входят в общую систему автоматики стерилизатора неотъемлемыми частями.
Стерилизационная установка ЦСУ-1000, предназначенная для оснащения централизованных стерилизационных отделений больниц до 1000 коек, представляет с точки зрения автоматики сложную комплексную систему, включающую множество автоматических регуляторов, объединенных одним функциональным направлением — обеспечить автоматическое протекание цикла стерилизации от момента загрузки до момента выгрузки.
В работе автоматов использованы механический, гидравлический и главным образом электромеханический принципы.

Схемы автоматического управления процессом стерилизации

Ниже подробно рассмотрены схемы включения и работы парового стерилизатора ГПД-560 и воздушных стерилизаторов ГП-20 и ГП-40.
При включении выключателя В1 парового стерилизатора ГПД-560 (рис. 70) напряжение подается на трансформатор Гр, загораются сигнальные лампы Л1 и Л2 —«Сеть». Имея необходимое давление в водной магистрали, замыкаются контакты электроконтактного манометра РД1, включается реле Р1, подается напряжение в схему управления. При закрытых дверях стерилизационной камеры контакты конечных выключателей ВК1 и ВК2 замкнуты.
Для пуска стерилизатора в работу необходимо нажать кнопку «Пуск»—КнП1. При этом включается реле Р2 и становится на самопитание. Замыкается цепь питания Р2, и напряжение подается на систему регулирования давления пара в парогенераторе и подачи воды в парогенератор. Если вода в парогенераторе отсутствует или уровень ее ниже верхнего допускаемого уровня, то. контакты реле Р18 в цепи магнитного пускателя Р5 водного насоса M1 замкнутся, включится пускатель P5, который становится на самопитание, и одновременно включается электромагнитный клапан ЭМ-1 подачи воды в парогенератор.


Рис. 70. Принципиальная электросхема парового стерилизатора (объяснение в тексте).

При включении водяного насоса M1 загораются сигнальные лампы Л3, Л4—«Насос». Одновременно с включением пускателя Р5 и. клапана ЭМ-1 включается электромагнитный клапан ЭМ-2, который выравнивает давление в камере и парогенераторе.
Когда вода достигнет верхнего уровня, реле Р18 (цепь 18—19) включает магнитный пускатель Р4, который в сбою очередь включает ТЭН, при этом загораются сигнальные лампы Л5, Л6 — ТЭН, одновременно размыкается контакт Р18 (цепь 18—22) и отключаются пускатель Р5 водного насоса и электромагнитные клапаны ЭМ1 и ЭМ2. Пускатель Р5 (цепь 9—80) размыкает цепь питания сигнальных ламп Л3 и Л4.
Давление пара в парогенераторе поддерживается с помощью электроконтактного манометра РД2 следующим образом. После включения ТЭН происходит нагрев воды и парообразование. Давление в парогенераторе возрастает до значения, установленного на манометре РД2. По достижении этого давления контакты манометра РД2 срабатывают и шунтируют обмотку реле Р6, которое отключается. При отключении реле Р6 размыкается цепь питания магнитного пускателя Р4, который отключает ТЭН. В случае падения давления пара в парогенераторе до значения, установленного на манометре РД2, включается реле Р6, которое своим замыкающим контактом (цепь 20—21) включает магнитный пускатель Р4. После этого весь цикл повторяется, как указано выше.
При нажатии на кнопку КнП2 (Режим I) включается реле Р8, загорается сигнальная лампа Л19—«Режим I» становится на самопитание и размыкает цепь питания реле Р9, а также подготавливает цепь для включения реле Р10, Р13.
В момент достижения необходимого давления в парогенераторе реле Р6 выключается и своим размыкающим контактом (цепь 44—45) включает реле Р10, которое становится на самопитание (цепь 44—45). При включении реле Р10 напряжение подается на схему регулирования давления пара в стерилизационной камере (реле Р7, контакты РД3min, РД3тах электроконтактного мановакуумметра).
Схема регулирования давления пара в стерилизационной камере работает аналогично схеме регулирования давления пара в парогенераторе. При включении реле Р10 напряжение подается на реле времени РВ, а также на магнитный пускатель Р11, который включает вакуумный насос М2. Одновременно реле Р10 размыкает цепь 23—28 и цепь 90—91 и включает реле Р3 (цепь 13—16),  которое становится на самопитание.
Включение вакуумного насоса сигнализируют лампы Л7, Л8— «Вакуум», при этом включается электромагнитный клапан ЭМ4, открывающий магистраль, через которую удаляется воздух из камеры.
По истечении 10 мин реле времени РВ своим замыкающим контактом РВ-2 (цепь 51—52) включает реле Р12у которое выключает реле времени РВ (цепь 45—48) и возвращает его в исходное положение, а магнитный пускатель Р11 (цепь 45—48) при этом выключает вакуумный насос М2 и лампы Л7 и Л8. Реле Р12 своими замыкающими контактами подготавливает к включению реле Р15 (цепь 45—46), включает электромагнитный клапан ЭМ2 подачи пара в камеру (цепь 27—45) и сигнальные лампы Л9 и Л10—«Нагрев» (цепь 83— 84). Происходит нагрев камеры и подъем в ней давления.

В момент достижения максимального давления в камере реле Р7 выключается и своим замыкающим контактом (цепь 27—29) выключает электромагнитный клапан ЭМ2. Подача пара в камеру прекращается. Одновременно размыкающим контактом (цепь 56—57) реле Р7 включает реле Р15, которое становится на самопитание и своим замыкающим контактом включает реле времени РВ (цепь 45—46) и сигнальные лампы Л11, Л12—«Стерилизация» (цепь 9—85). Начинается этап стерилизации, во время которого пополнение камеры паром происходит при срабатывании реле Р7, включающего и выключающего электромагнитный клапан ЭМ2.
По истечении времени стерилизации (20 мин) реле времени РВ своим замыкающим контактом РВ-3 включает реле Р13у которое становится на самопитание. Реле Р13 своими размыкающими контактами выключает реле Р12 (цепь 45—57), и реле времени РВ (цепь 46—47)   своим замыкающим контактом (цепь 45—55) включает реле Р14у которое становится на самопитание. Реле Р14 своим размыкающим контактом выключает сигнальные лампы Л11, Л12 (цепь 85—86), а также своим замокающим контактом включает реле Р16 (цепь 37— 67), которое становится на самопитание. Реле Р12 выключает электромагнитный клапан ЭМ2 (цепь 27—45), и подача пара в камеру прекращается. Своим размыкающим контактом (цепь 45—48) реле Р12 включает магнитный пускатель P11 вакуумного насоса, который в свою очередь своим замыкающим контактом (цепь 65— 66) включает электромагнитный клапан ЭМ3 подачи воды в вакуумный насос и электромагнитный клапан ЭМ4, открывающий магистраль удаления пара из камеры. Реле Р16 выключает магнитный пускатель Р4, при этом выключаются ТЭН. Реле Р16 включает реле времени РБ (цепь 45—47), сигнальные лампы Л13, Л14 — «Вакуумная сушка» и подготавливает включение реле Р17 (цепь 37—87).
По истечении 15 мин реле времени контактом РВ-5 включает реле Р17, которое выключает вакуумный насос (цепь 48—49) и сигнальные лампы Л13, Л15 (цепь 9—87). Одновременно реле Р17 включает электромагнитный клапан ЭМ5, открывающий магистраль впуска воздуха в камеру (цепь 69—70) и включает сигнальные лампы Л15, Л16—«Воздух в камеру» (цепь 9—89). С этого момента начинается этап выравнивания давления, по окончании которого размыкается контакт РВ-1 (цепь 14—15) реле времени РВ, включается реле Р2 и снимает напряжение с цепей управления (цепь 11—18), при этом выключается реле Р17, которое выключает сигнальные лампы Л15, Л16 (цепь 9—89). Одновременно выключается реле Р10 и включает сигнальные лампы Л17, Л18—«Финиш» (цепь 90—91). Цикл стерилизации окончен, необходимо нажать кнопку КнС1 или КнС2 —«Стоп», при этом выключаются реле Р3 и сигнальные лампы Л17, Л18.
Если во время цикла стерилизации уровень воды в парогенераторе будет ниже нижнего уровня, то реле Р18 выключится и выключит магнитный пускатель Р4 (цепь 18—19), который выключит ТЭН. Одновременно реле Р18 (цепь 9—94) включит сигнальную лампу Л21 —«Воды нет».
Работа электрической схемы по II режиму стерилизации аналогична работе по I режиму, за исключением того, что в этом случае необходимо пользоваться кнопкой КнП3, и тогда в работе схемы будут участвовать реле Р9, электроконтактный мановакуумметр РД4.
В случае выхода из строя автоматики ручное управление работой стерилизатора производится в следующем порядке:

а)  переключателем В3 включается водяной насос для подачи воды в парогенератор до верхней отметки водоуказательной колонки, после чего автоматически с помощью датчика уровня включается ТЭН;
б)  когда давление пара в парогенераторе достигнет 220 кПа (2,2 кгс/см2), включаются переключатели В5 (включение вакуумного насоса) и В6 (подача воды к вакуумному насосу и открытие магистрали, через которую удаляется воздух из камеры). Затем производится откачка воздуха из камеры в течение 10 мин;
в)  после этого включают переключатели в обратной последовательности — вначале В6, затем В5 и включают переключатель В4 для подачи пара в камеру;
г)  по достижении в камере рабочего давления производится, согласно выбранному режиму, стерилизация в течение 20 или 45 мин, при этом давление в камере в допустимых пределах поддерживается при помощи переключателя В4;
д)  по окончании стерилизации выключают переключатель В4 и включают переключатели В5 и В6. Происходит вакуумная сушка, которая длится 15 мин;
е)  по истечении времени сушки включают переключатели вначале В6, затем В5 и включают переключатель В7 для впуска воздуха в камеру. После выравнивания давления в камере до атмосферного цикл стерилизации заканчивается и производится выгрузка стерилизуемого объекта.

Рассмотрим схему включения и работы воздушных стерилизаторов ГП-20 и ГП-40.
Схема/стерилизаторов ГП-20 и ГП-40 (рис. 71) состоит из блока питания, блока управления с терморезистором, электродвигателя вентилятора, температурного реле и нагревательного устройства, в которое входят два электронагревателя ЭН1, ЭН2 (стерилизатор ГП-20) или один электронагреватель ЭН (стерилизатор ГП-40).
Блок питания имеет трехполюсную вилку Ш1 для подключения стерилизатора к сети переменного тока 220 В, 50 Гц, предохранители Пр2, Пр3 для защиты силовой цепи нагревательного устройства и тиристоров Д15, Д17, предохранитель Пр1 для защиты цепей электродвигателя М2, пускатель, Р1 и блок управления, фильтр радиопомех С3, С9, С10, Р15, пускатель Р1.


Рис. 71. Принципиальная электросхема воздушного стерилизатора (объяснение в тексте).

Блок управления состоит из платы П1 двухпозиционного терморегулятора, платы П2 с резисторами Р3, P4, P5, P6 для установления температурных режимов 85, 120, 160, 180°С при замене терморезистора Р8, трансформатора Тр1 питания терморегулятора, реле времени (микродвигатель M1 с микропереключателем В1), звонка 3В, сигнализирующего об окончании времени стерилизационной выдержки, переключателей (с зависимой фиксацией) температурных режимов В2-1, В2-2, В2-3, В2-4 и соответствующих сигнальных ламп температурных режимов Л1, Л2, Л3, Л4 (с гасящим резистором P10), сигнальной лампы включения стерилизатора Л5 (с гасящим резистором Р11), переключателя (без фиксации мгновенного действия) ВЗ-1 «ВКЛ» для включения стерилизатора, переключателя (без- фиксации мгновенного действия) ВЗ-2 «Откл» для отключения стерилизатора, реле Р2 для включения реле времени и перехода на поддержание температурного режима одной полуволной сетевого напряжения.
Двухпозиционный терморегулятор представляет собой два последовательных каскада: нуль-орган на основе операционного усилителя Э с термочувствительным двигателем Р3/Р4, Р5, Р6, Р7, Р8, Р9, подключенным к инвертирующему входу 9,  резистором Р12 цепи отрицательной обратной связи, элементами С6, Д12 для защиты входов микросхемы от высокочастотных и импульсных перегрузок; блокинг-генератор на транзисторе Т с элементами схемы — конденсатором С7, резисторами Р13, Р14 импульсным трансформатором Тр2, диодом Д13.
Питание нуль-органа осуществляется от стабилизатора напряжения постоянного тока (двухполупериодный выпрямитель на диодах Д5, Д6, Д7, Д8, фильтры С2, Р2, стабилитроны Д10, Д11).
Питание блокинг-генератора от аналогичного стабилизатора (Д1, Д2, Д3, Д4, С1, С3, Р1, Д9). Выходная обмотка 5—6-импульсного трансформатора Тр2 через диод Д14 подсоединена к управляющему электроду тиристора Д15. Тиристор Д17 включен встречно параллельно по отношению к Д15 и запускается через контакты реле Р2.
Работа стерилизатора происходит следующим образом. При включенной в сеть вилке Ш1 и нажатой кнопке «Вкл» переключателя ВЗ-1 сетевое напряжение 220 В, 50 Гц подается на обмотку пускателя Р1 по цепи: Пр2, Пр1, ВЗ-1, ВЗ-2, РТ, Р1, Пр3, который затем самоблокируется и подключает своими контактами к сети остальные цепи схемы. При этом загорается лампа Л15, сигнализирующая о включении стерилизатора; загорается одна из сигнальных ламп включенного температурного режима, например Л4 для режима 180°С (далее описание работы идет для этого температурного режима). Включается электродвигатель М2, вращающий крыльчатку вентилятора. Через контакты включенного переключателя В2-4 и размыкающий контакт 1—3 микропереключателя В1 реле времени подается напряжение на первичную обмотку 1—10 трансформатора Тр1 питания терморегулятора. Напряжение вторичной обмотки 11—12, выпрямленное и стабилизированное со стабилитрона Д9, подается на блокинг-генератор на транзисторе 1. Напряжение вторичной обмотки 13—14, выпрямленное и стабилизированное со стабилитронов Д10, Д11, подается на вывод 7, 1 операционного усилителя Э нуль-органа и на термочувствительные делители Р7,
При температуре воздуха внутри стерилизационной камеры меньше 180°С сопротивление терморезистора Р8 больше, чем сопротивление подстроечного резистора Р6, и на инвертирующий вход 9 операционного усилителя Э по отношению к общему электроду 4 со стабилитрона Д11 через резисторы Р6, Р9 подается больший отрицательный сигнал, чем положительный со стабилитрона Д10 через резисторы Р7, Р8. В результате на выходе 5 операционного усилителя Э имеется положительный потенциал 4В, который через резистор Р13, обмотку 1—2 импульсного трансформатора Тр2 поступает на базу транзистора 7 блокинг-генератора. Последний генерирует положительные импульсы запуска, которые с обмотки 5—6 поступают на управляющий электрод тиристора, и открывают его. Таким образом, полуволна сетевого напряжения через замкнутые контакты пускателя Р1 и открытый тиристор Д15 подается на нагревательное устройство и через диод Д18, замкнутый контакт переключателя ВЗ-1 на обмотку реле Р2, которое самоблокируется и размыкающим контактом разрывает цепь микродвигателя M1 реле времени, замыкающим контактом включает цепь запуска тиристора Д17. Происходит нагрев стерилизатора сетевым напряжением 220 В, 50 Гц.

Описанные выше процессы происходят в течение промежутка времени, когда нажата кнопка «Вкл» переключателя В31, т. е. порядка 1 с. Далее при отпускании кнопки «Вкл» нагрев стерилизатора продолжается до тех пор, пока температура воздуха внутри стерилизационной камеры не достигнет 180°С. После этого сопротивление терморезистора Р8 падает до величины, меньшей, чем Р6, и в результате на инвентирующий вход 9 операционного усилителя Э поступает больший положительный сигнал. Потенциал на выходе 5 становится отрицательным (4В) и закрывает транзистор Т блокинг- генератора. Генерация импульсов запуска прекращается, тиристор Д15 закрывается, и полуволна сетевого напряжения не поступает на нагревательное устройство и реле Р2, которое разблокируется (в дальнейшем его контакты будут находиться в исходном до включения состоянии, т. е. цепь запуска тиристора Д17 будет разомкнута), микродвигатель M1 реле времени включается и начинает отсчет заданного времени стерилизационной выдержки. Происходит процесс поддержания температуры стерилизации 180°С, при котором чередуются включение и выключение нагрева на одной полуволне сетевого напряжения (через тиристор Д15).
Аналогично происходит работа схемы при других температурных режимах.
Процесс поддержания температуры стерилизации заканчивается, когда микродвигатель M1 реле времени отработал заданное время стерилизационной выдержки и посредством микропереключателя В1 (замыкается его контакт 1—2, размыкается контакт 1—3) выключил питание терморегулятора от трансформатора Τρ1, выключил микродвигатель M1 и включил звонок Зв, сигнализирующий об окончании времени стерилизационной выдержки. После этого начинается естественное охлаждение воздушного стерилизатора.
В стерилизаторе предусмотрена возможность охлаждения при отключенном звонке и включенном вентиляторе. Для этого необходимо выключить все кнопки переключателей температурных режимов В2-1, В2-2, В2-3, В2-4.
Отключение стерилизатора осуществляется кратковременным нажатием кнопки «Откл» переключателя В3-2. При этом пускатель Р1 выключается и разрывает своими контактами цепи подачи сетевого напряжения на блок управления, блок питания и нагревательное устройство.



 
« Медицинские аспекты йоддефицитных заболеваний детей и подростков   Медуллярная карцинома щитовидной железы у детей »